شگفتی عنصر پلادیم (قسمت سوم)

در میان همه عناصر جدول تناوبی، در مجموع هیچ عنصری وجود ندارد که برتری بر عنصر دیگر داشته باشد. بلکه هرگاه تمام ویژگی های ممکن برای عنصر لحاظ شوند، هر عنصر دارای ارزشی بی مثال می شود که عنصر دیگر آن خصوصیت را در خود ندارد. 

 قطعا خصوصیت های متنوع عناصر، قابل توجه و شگفت انگیز ند که مطالعه را هیجان انگیز تر می کنند. بخصوص وقتی که آن ویژگی ها بصورت مشترک در بین تعدادی از عناصر وجود داشته باشد، در انصورت بهتر و بیشتر توجهات محققین را بخود جلب می کند.

ما قابلیت مغناطیس شوندگی عناصر را در چند پست قبلی مورد بررسی قرار دادیم. و متوجه شدیم که تعدادی از عناصر دارای قابلیت مغناطیس شوندگی دائمی(مثل آهن) هستند و تعدادی از عناصر قابلیت مغناطیس شوندگی تنها بصورت موقت دارند که آنها را با نام پارامغناطیس شناختیم. در این بین، میزان قابلیت مغناطیس شوندگی بعضی عناصر را با هم پیش بینی کردیم و گفتیم که چه فلزاتی به چه علت نمی توانند خاصیت مغناطیسی قوی پیدا کنند و چه فلزاتی می توانند!

حالا در اینجا، می خواهم در مورد مطلبی جالب و شگفت انگیز بحث کنم. ما باتوجه به نیروی دافعه پروتون ها و نیروی جاذبه واسطه گری نوترون ها، پایدارترین شکل ممکن برای ذرات هسته را پیش بینی کردیم. ضمن اینکه در این میان، رابطه ای ریاضی و قانون مند شکل گرفت که آرایش پروتون و نوترون های هسته (آپونه) اتم بعدی را هم تعیین می کند. با اشکالی مواجه شدبم که از اتم بریلیم به بعد سه بعدی و شاید هرم گونه می شدند. مثلا برای اتم بریلیم یک هرم مثلثی ایجاد شد و برای اتم کربن یک هشت وجهی منظم(اوکتاهدرون). قبل از اینکه به این مسئله بپردازیم که ترسیم اشکال فضایی یا آپونه عناصر چه کاربردی دارد، می خواهم در مورد شکل عجیب و شگفت تعدادی از عناصر با رابطه منظم صحبت کنم؛

ایا اعداد منظم را یادتان هست؟ آن اعداد طبق رابطه ی منظم ریاضی زیادتر می شوند. می توان برای بدست اوردن آن اعداد از فرمول k_z=z(z-1)/2 بکارگرفت:(از راست به چپ) (z =عدد اتمی است)

مقدار صحیح K، طبق شکل پایین برای هر عنصر مشخص می شود.

در واقع اعداد بالا، تعداد وترهای آپونه به ازای عدد k=atomic number است. مثلا وقتی می گوییم k_{4=6 یعنی عنصر با عدد اتمی ۴(Be)، در آپونه سه بعدی خود، ۶ وتر دارد.}

پس اعداد بالا به ترتیب از راست به چپ، به عناصر از هیدروژن به بعد تعلق می گیرند.  عدد 0 به معنای صفر وتر، برای هسته هیدروژن لحاظ می شود. عدد 1 به معنای یک وتر (واصل) دو پروتون برای اتم هلیم تعلق می گیرد و ...

#@$@&

و اما فرمول مربوط به این پست:

Z_x^=x(x+1)/2         

x>1

با استفاده از تصاعد بالا متوجه می شویم که عناصری خاص وجود دارند که آپونه آنها دارای دو تقارن متفاوت است. یعنی شکل سه بعدی خاصی دارند که اگر از دو بعد آنها را در تصور خود نصف کنیم، دو نیمه همشکل و مشابه تولید می شود. 

در نتیجه مرکز جرم، آپونه عناصر مذکور دقیقا در مرکز شکل آن است. اما برای اشکال دیگر این چنین نیست. مثلا وقتی هرم را تصور کنیم، مرکز(جرمی) آن نزدیک به قاعده هرم است و از نوک آن فاصله بیشتر گرفته است. اما در عناصر بالا که اعداد اتمی خاص و معین با رابطه مشخص دارند، دقیقا مرکز آپونه، مرکز جرم آن محسوب می شود. اگر این عناصر را عناصر x (یعنی عناصر با آپونه خاص و خیلی متقارن) بنامیم آنگاه اعداد اتمی این عناصر عبارتند از: 

Z_{x^{=x(x+1)/2       ,}}   x>1

گرچه رابطه شباهت با رابطه اول دارد اما دواقع دو رابطه با معنای متفاوت اند. در بالا اعداد برابر با تعداد وتر برای هر عنصر هستند. اما در اینجا عدد بدست آمده برای آپونه های خاص و خیلی متقارن، در واقع عدد اتمی عناصر هستند. 

اعداد اتمی این عناصر: 3  6 10 15 21 28 36 45 55 66 78و 91 

اشکال فضایی این عناصر: خط، مثلث، اوکتاهدرون، بدون اسم، بدون اسم، ...

بله؛ پس مشخص است؛ گرچه الکترون ها طبق مدل کوانتومی، دارای مکان نامشخص در لایه های معین حول هسته در چرخش هستند اما می توان برای ذرات هسته ای، یک شکل منظم و آرایش سه بعدی خاص در نظر گرفت.

 

شکل بالا، دو وجه معنایی دارد. اگر عدد اتمی را در فرمول اول بگذاریم، آنگاه اعداد بدست آمده تعداد وتر آپونه آن اتم خواهد بود. و اگر اعداد اتمی را در فرمول دوم بگذاریم، انگاه مجموعه اعدادی به عنوان مقدار x مشخص می شود که تنها x هایی که عدد صحیح هستند قابل قبول هستند. یا بهتر است که بگوییم با گذاشتن یک مقدار صحیح به جای x در فرمول دوم، عناصر با اپونه خاص و خیلی متقارن(دارای تقارن در دو بعد یا دوصفحه) مشخص می شوند:

لیتیم کربن نئون فسفر و ...

عناصر بالا، دارای آپونه متقارن در دو صفحه هستند که شاید بتوان آنها را عناصر با آپونه سکه (coin) ای نامید. چونکه سکه هم در دو صفحه یا دو بعد دارای تقارن است. و اگر از هر دو صفحه سکه، نصف شود، دو نیمه همشکل و مشابه ایجاد خواهد شد. 

عناصر دیگر چنین تقارنی ندارند. 

و اما بخش اصلی و هیجان انگز این بحث:

 آپونه متقارن سکه ای عناصر، در کدام بخش از علم شیمی کاربرد دارد؟

...

 ادامه دارد..

××××××××××××××

پ.ن: عناصر با آپونه [باصطلاح] سکه ای برابر با موارد زیر هستند:

هلیم، لیتیم، کربن، نئون، فسفر، اسکاندیم، نیکل، کریپتون، رودیوم، سزیم، دیسپروسیم، پلاتین، پروتاکتینیم

لزونا بین عناصر بالا ارتباط خاصی نباید وجود داشته باشد. مگر اینکه آپونه آنها، دارای تقارن سکه ای است. که البته احتمالا همین مطلب در زمینه هایی خاص در آینده شاید دارای کاربرد باشد.

پ.ن ۲: جمع بندی؛

درواقع عنصر با آپونه سکه ای برابر با عنصری می شود که هرگاه عدد اتمی آن را در فرمول نهایی زیر اعمال کنیم، x حاصل، عددی صحیح باشد:

x=√(2z+0.25) - 0.5

_____________________

پ.ن ۳: در علوم تجربی فیزیک و شیمی، عبور جریان برق یعنی الکترون ها مستقیم از درون عناصر بررسی شده است و همچنین عبور جریان الکترونها  به دور عناصر ( برای ایجاد مغناطیس) بررسی شده است.

 جریان پروتون ها(تابش الفا) را مستقیم از عناصر عبور داده ایم اما بنظر می رسد که جریان عبوری پروتون ها به دور عناصر بررسی نشده است. هسته که محل اصلی جرم و خصوصیت وزن و انرژی هسته ای (انرژی زیاد بین کوراک های پروتون ها و نوترون ها که محبوس در گلوئن هاست) است. اما با اینحال بشریت در دو قرن اخیر، با کار کردن روی وجه الکترونی عناصر، به بخش عظیم و قابل توجهی از پیشرفت در علوم دست یافته است. حالا شاید وقت آن باشد که به بررسی مرکز اتم و آرایش انها بیشتر پرداخته شود.

 عناصر  با آپونه سکه ای، در عبور محیطی جریان پروتون ها،  تحت تاثیر امواج الکتریکی و میدان ایجاد شده قرار خواهند گرفت. چونکه آپونه آنها سکه ای و متقارن است و تحت القاء میدان، تمامی اتم ها همگون و هماهنگ می تواتند که دارای چرخش مشابه و یکسان می شوند.

اما در عناصر دیگر، به این دلیل که دارای آپونه متقارن نیستند،  دارای چرخش نامتقارن یا تکانه های نامتقارن ناهمگون خواهند شد و بنابراین همدیگر را خنثی خواهند کرد. 

عکس: چرخش یا اسپین یک سکه،  دارای تقارن سه بعدی است. این تقارن یا نظم در چرخش، برای عناصر با اپونه سکه ای هم صادق است. زمانیکه هسته این عناصر تحت القاء مذکور قرار بگیرند.

برای توضیح بهتر، تصور کنید که هزاران پنکه پایه دار در سالنی بزرگ بطور منظم با فاصله یکسان قرار گرفته اند. پنکه ها همزمان روشن می شوند. چون سمت همه پنکه ها ثابت و به یک سمت مشخص است، جریان هوایی منظم و قوی ایجاد می شود. حالا تصور کنید که تعدادی از پنکه ها دارای شکل و اندازه متفاوت اند. آنگاه با روشن کردن پنکه ها، تعدادی که با سمتی متفاوت با دیگر پنکه ها قرار دارند، جریان بقیه پنکه ها را هم بر هم می زنند و موجب مشوش شدن جریان باد نهایی می شوند که در کل باد های پنکه ها همدیگر را خنثی خواهند کرد و در نهایت پنکه های مخالف هم وضعیتی را رقم می زنند که انگار باد خاصی تولید نمی شود چراکه جهت نیروی باد پنکها در جهت متفاوت است.

حالا تصور کنید که بخواهیم یک هرم مثلثلی را  دارای چرخش در فضا کنیم. آنگاه در هر محوری که بچرخد، چرخش دارای تقارن حقیقی نخواهد بود.

مثال آزمودنی: یک هرم را به میله موتور الکتریکی وصل کنید و موتور را روشن کنید. آنگاه هرم بصورت متقارن نمی چرخد. چراکه مرکز جرم آن در مرکز شکل فضایی آن قرار ندارد. پس انتظار می رود عناصری که آپونه متقارن سکه ای ندارند، تحت تاثیر القاء جریان پروتون ها قرار نگیرند. مرکز جرم ذرات هسته و مرکز برایند نیروی دافعه پروتونی چنانچه منطبق بر هم نباشند مشکل پیش می اید.

 

 

فیه شفاء للناس !...